游戏网络 UDP+FEC+KCP

墨池象牙白

已于 2022-07-25 08:58:11 修改

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分类专栏： c# 文章标签： c# 网络 udp tcp

于 2022-07-24 22:08:22 首次发布

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FEC主要针对原始传输数据生成冗余的数据，然后一起进行传输，在传输过程中，如果部分原始数据丢失了，可以通过收到的部分冗余信息和部分原始数据进行原始数据的还原。这个技术在流媒体中运用比较多，在网络延迟的时候保证视频观看体验丝滑。简单说就是用流量换数据完整。

在即时性要求比较高的游戏中，为了提升玩家的体验和即时性，网络传输会采用可靠UDP（如KCP）而不是TCP，主要是TCP传输时间开销比较大。但仅是可靠UDP，面对网络延迟还是捉襟见肘，此时在协议栈上加入FEC技术是一个不错的选择。

那么如何接入FEC呢？

这里推荐学习charp-kcp，实现了kcp+fec，其中FEC是RS-FEC算法。

FEC主要是通过K份原始数据，生成M份冗余数据，K+M数据组成一份FEC包，FEC包中的任意K份数据，可以还原出所有原始数据。

csharp-kcp中的FEC协议:

冗余数据： | sequenceID | flag | redundant data |

sequenceID: 每份数据的序号

flag:区分原始数据和冗余数据

bodylen：原始数据的长度

redundant data:冗余数据，长度取决于K份数据中最长的bodyLen

发送端：

先依次接收上层（KCP）K份数据进行缓存并直接转发下层协议（UDP），当缓存数等于K时，使用FEC算法生成M份原始数据，向下层协议分开发送M份原始数据，然后释放K份缓存。

接收端：

通过flag可以判断数据是原始数据还是冗余数据，原始数据缓存并转发上层协议（KCP），冗余数据同样进行缓存。

通过数据的sequenceID可以简单的得知，原始数据和冗余数据是否来自同一个FEC包中。

在收到每一份数据后，都检查这份数据所在的FEC包中的原始数据是否都已经接收了，如果没有，是否已经收到FEC包中K份数据，如果是，直接进行解码，将解出的原始数据转发给上层协议。然后这份FEC包相关的缓存数据就可以移除了。

注意：

kcp最佳实践中提及：为了进一步提高传输速度，下层协议也许会使用前向纠错技术。需要注意，前向纠错会根据冗余信息解出原始数据包。相同的原始数据包不要两次input到KCP，否则将会导致 kcp以为对方重发了，这样会产生更多的ack占用额外带宽。

也就是说：有可能FEC刚解出原始数据，之后又接收到已被解码的原始数据。如果继续往上层转发，对kcp来说是收到两次同样的数据，从而误以为是重发，导致产生更多的ack占用额外带宽。最好对接收过的原始数据进行记录，及时剔除重复的数据。

开发时可以关注的：

1 减少解码导致的原始数据重复input

2 缓存数据的内存多次开辟和释放（对客户端来说就是很多GC）

3 多层协议数据封装同样有内存块多次开辟和释放的问题（在csharp-kcp中的做法是：申请空间时先为下层协议留好足够的协议头空间）

4 FEC协议头部分，主要还是根据自己的协议栈进行设计。csharp-kcp中上层协议是KCP，KCP的部分本身会对发送的数据做一些拆分，到FEC层的时候数据量比较小，因此可以把一次发送作为FEC包的一份数据。如果换成其他协议栈，且每次发送数据量比较大，最好在FEC上层做一些分片的操作。